Comment fonctionnent les cavités hyperfréquences utilisées dans les accélérateurs ?
Schéma de la distribution du champ électrique dans une cavité résonnante
Les cavités radiofréquences sont des résonateurs, un peu comme les caisses de résonance des instruments de musique, qui permettent de stocker et d’amplifier le champ électrique destiné à accélérer un faisceau de particules chargées dans un accélérateur.
Pour pouvoir obtenir des champs accélérateurs de l’ordre de 45 millions de volts par mètre, il faut injecter une onde radiofréquence dans la cavité. Des courants de l’ordre de 10 à 1000 milliards d’ampères par mètre carré circulent sur la surface interne de la cavité et provoquent un échauffement des parois. On ne pourrait pas obtenir de champs aussi élevés en continu avec un conducteur normal : les parois se mettraient à fondre !
Ce n’est pas le cas avec un supraconducteur. Même si ici, il ne conduit pas absolument parfaitement, car on utilise des ondes alternatives, les radiofréquences, la résistance d’un supraconducteur reste environ 100 000 fois plus faible que celle du cuivre, d’où l’intérêt principal de cette technologie pour les cavités accélératrices. Mais ce n’est pas le seul avantage : l’utilisation de cavités supraconductrices influence aussi le design de l’accélérateur et la qualité des faisceaux obtenus. En voici un exemple : leurs formes plus ouvertes facilitent l’alignement du faisceau ; quand celui-ci doit se faire sur plusieurs dizaines de kilomètres, cela devient un argument conséquent !
M. Wilson, Superconducting magnets for accelerators: a review, IEEE Trans. Appl. Superconductivity 7 (1997) 727 : http://cdsweb.cern.ch/record/316262?ln=fr
Ph. Lebrun, Superconductivity and Cryogenics for Future High-Energy Accelerators, CERN/AT 2007-4 : http://cdsweb.cern.ch/record/1026936?ln=fr
Ph. Lebrun, Cryogénie et supraconductivité pour le grand collisionneur de hadrons (LHC) du CERN, CERN-LHC Project report 802 (2004) : http://cdsweb.cern.ch/record/811057?ln=fr
CERN Accelerator School on Superconductivity and Cryogenics for Accelerators and Detectors
8 - 17 May 2002, Erice, Italy : http://cdsweb.cern.ch/record/503603
CNRS IN2P3 : école accélmérateurs 2009 : http://www.in2p3.fr/actions/formation/accelerateurs09/SupportAcc09.htm
Livre : RF superconductivity for accelerators, H. Padamsee, J. Knobloch, et T. Hays (1998), J. Willey & son.
Site web du SACM : http://irfu.cea.fr/Phocea/Vie_des_labos/Ast/ast_service.php?id_unit=2
